Влияние дисперсного армирования на макро- и микроструктуру сухих строительных смесей с применением активации

Введение. В настоящее время нашли широкое распространение сухие строительные смеси на базе гидравлических вяжущих материалов. Применение сухих смесей многогранно и связано в основном с приготовлением растворов и мелкозернистых бетонов. Указанные смеси получают путем регулирования реологических и физико-механических свойств за счет введения модифицирующих добавок и микронаполнителей в виде стеклянных микросфер.

Материалы и методы. Для регулирования свойств смеси на микроскопическом уровне использовались фибровые полимерные и базальтовые волокна, создавая тем самым упрочненную армированную микроструктуру затвердевшего мелкозернистого бетона. Подобраны составы сухих смесей на основе полимерных и базальтовых фибровых волокон с применением суперпластификатора и аппретированных полых стеклянных микросфер марки МС-ВП-А9 в количестве 10 %. Сухая смесь на базе указанного состава с использованием суперпластификаторов, стеклянных микросфер, а также базальтовой или полимерной фибры приготавливается путем перемешивания и измельчения в линейно-индукционном вращателе, который имеет показатель индуктивности переменного поля 0,2 Тл и частоту 50 Гц. Обработка смеси осуществляется в течение 240 с. Полимерные и базальтовые волокна вводились в сухую смесь раздельно, т.е. в каждом составе использовался только один из двух представленных видов волокон.

Результаты. Активированные в электромагнитном поле сухие смеси затворялись водой в количестве, необходимом для получения растворов равной подвижности. Приготовление раствора производилось в течение 4–5 мин, при этом полученные смеси имели повышенную пластичность и однородность с равным количеством воды затворения в сравнении с контрольными составами без применяемых базальтовых или полимерных волокон.

Выводы. Анализ экспериментальных данных показал, что оптимальная концентрация суперпластификатора составляет 0,5 % от массы цемента, при которой наблюдается максимальный прирост прочности. Установлено, что оптимальное количество фиброволокна (как базальтового, так и полипропиленового) — 1,4 кг/м³. При этом базальтовое волокно обеспечивает увеличение прочности при сжатии на 28 % и при изгибе на 45 %, а полипропиленовое — на 29 и 42 % соответственно.

1. Kanaan D.M., Soliman A.M. Fresh and Mechanical Properties of One-Part Alkali-Activated Self-Consolidating Concrete // Lecture Notes in Civil Engineering. 2021. Pp. 17–30. DOI: 10.1007/978-981-19-0507-0_3

2. Tekle B.H., Holschemacher K., Löber P., Heiden B. Mechanical Behavior and Frost-Resistance of Alkali-Activated Cement Concrete with Blended Binder at Ambient Curing Condition // Buildings. 2021. Vol. 11. Issue 2. P. 52. DOI: 10.3390/buildings11020052

3. Winnefeld F., Gluth G.J. G., Bernal S.A., Bignozzi M.C., Carabba L., Chithiraputhiran S. et al. RILEM TC 247-DTA round robin test: sulfate resistance, alkali-silica reaction and freeze-thaw resistance of alkali-activated concretes // Materials and Structures. 2020. Vol. 53. P. 140. DOI: 10.1617/s11527-020-01562-0

4. Xie T., Visintin P., Zhao X., Gravina R. Mix design and mechanical properties of geopolymer and alkali activated concrete: Review of the state-of-the-art and the development of a new unified approach // Construction and Building Materials. 2020. Vol. 256. P. 119380. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.119380

5. Coppola L., Coffetti D., Crotti E., Gazzaniga G., Pastore T. The Durability of One-Part Alkali-Activated Slag-Based Mortars in Different Environments // Sustainability. 2020. Vol. 12. Issue 9. P. 3561. DOI: 10.3390/su12093561

6. Gomaa E., Simon P.S., Kashosi C., El Gawady M. Mechanical Properties of High Early Strength Class C Fly Ash-Based Alkali Activated Concrete // Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board. 2020. Vol. 2674. Issue 2. Pp. 430–443. DOI: 10.1177/0361198120915892

7. Alanazi H., Hu J., Kim Y.R. Effect of slag, silica fume, and metakaolin on properties and performance of alkali-activated fly ash cured at ambient temperature // Construction and Building Materials. 2019. Vol. 197. Pp. 747–756. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.11.172

8. Хохряков О.В. Композиционные цементы низкой водопотребности. Возможности и перспективы применения в строительных материалах // Строительные материалы. 2022. № 1–2. С. 123–133. DOI: 10.31659/0585-430X-2022-799-1-2-123-133. EDN KCHDGH.

9. Самченко С.В., Егоров Е.С. Влияние ультрадисперсной добавки из предварительно гидратированного цемента на свойства цементной пасты // Техника и технология силикатов. 2019. Т. 26. № 2. С. 52–57. EDN DAQXRC.

10. Erofeev V., Vatin N., Maksimova I., Tarakanov O., Sanyagina Y., Erofeeva I. et al. Owder-activated concrete with a granular sur-face texture // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2022. Vol. 18. Issue 4. Pp. 49–61. DOI: 10.22337/2587-9618-2022-18-4-49-61

11. Dudar I., Bondar A., Moroz D. Study of the influence of polymer additives on the properties of dried dry building mixtures // Modern technology materials and design in construction. 2023. Vol. 33. Issue 2. Pp. 12–18. DOI: 10.31649/2311-1429-2022-2-12-18

12. Perfilov V.A., Gabova V.V. Nano Modified Foam-Fiber-Concrete Mixture // Solid State Phenomena. 2018. Vol. 284. Pp. 1036–1041. DOI: 10.4028/www.scientific.net/ssp.284.1036

13. Perfilov V.A., Gabova V.V. Nanomodified constructional fiber-reinforced concrete // MATEC Web of Conferences. 2017. Vol. 129. P. 05021. DOI: 10.1051/matecconf/201712905021

14. Перфилов В.А. Мелкозернистые фибро-бетоны : монография. Волгоград : ВолгГАСУ, 2015. 127 с. EDN VZQUYD.

15. Пименов С.И., Ибрагимов Р.А. Влияние минералогического состава цемента при его активации на физико-­технические свой­ства тяжелого бетона // Строительные материалы. 2017. № 8. С. 64–67. EDN ZFTRYJ.

16. Самченко С.В., Абрамов М.А., Османов А.Б. Анализ изменения характеристик активированного цемента с использованием дезинтеграторной технологии // Строительные материалы. 2022. № 11. С. 32–36. DOI: 10.31659/0585-430X-2022-808-11-32-36. EDN PFDWBY.

17. Samchenko S., Kozlova I., Zemskova О., Baskakova E. Increase of aggregative and sedimentation stability of slag suspensions by ultrasound // E3S Web of Conferences. 2019. Vol. 110. P. 01061. DOI: 10.1051/e3sconf/201911001061

18. Ibragimov R.A., Korolev E.V., Kayumov R.A., Deberdeev T.R., Leksin V.V., Sprince A. Efficiency of activation of mineral binders in vortex-layer devices // Magazine of Civil Engineering. 2018. Nо. 6 (82). Pp. 191–198. DOI: 10.18720/MCE.82.17. EDN YZNVED.

19. Cheng S., Ge K., Sun T., Shui Z., Chen X., Lu J.X. Pozzolanic activity of mechanochemically and thermally activated coal-series kaolin in cement-based materials // Construction and Building Materials. 2021. Vol. 299. P. 123972. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.123972

20. Kriskova L., Pontikes Y., Zhang F., Cizer Ö., Jones P.T., Balen K.V. et al. Influence of mechanical and chemical activation on the hydraulic properties of gamma dicalcium silicate // Cement and Concrete Research. 2014. Vol. 55. Pp. 59–68. DOI: 10.1016/j.cemconres.2013.10.004

21. Пустовгар А.П., Перфилов В.А., Ляшенко Д.А. Активированная сухая смесь для приготовления растворов и мелкозернистых бетонов // Инженерный вестник Дона. 2023. № 12 (108). C. 317–325. EDN RYIRBT.

22. Калабина Д.А., Яковлев Г.И., Дрохитка Р., Грахов В.П., Первушин Г.Н., Баженов К.А. и др. Реологическая активация фторангидритовых композиций эфирами поликарбоксилата // Строительные материалы. 2020. № 1–2. С. 38–47. DOI: 10.31659/0585-430X-2020-778-1-2-38-47. EDN MCDAMX.

23. Luukkonen T., Yliniemi J., Abdollahnejad Z. Alkali-activated dry-mix concretes // Handbook of Advances in Alkali-Activated Concrete. 2022. Pp. 67–68. DOI: 10.1016/b978-0-323-85469-6.00008-8 2022

24. Гаркави М.С., Артамонов А.В., Ставцева А.В., Колодежная Е.В., Дергунов С.А., Сериков С.В. Моделирование структурных преобразований при измельчении композиционного цемента // Строительные материалы. 2021. № 11. С. 41–46. DOI: 10.31659/0585-430X-2021-797-11-41-46. EDN DSZFNY.